葛平珍， 余 娟， 何友勛， 趙 龍， 余 莉， 張時(shí)龍

(畢節(jié)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 貴州 畢節(jié) 551700)

0 引言

【研究意義】小豆(Vignaangularis)又名赤豆，屬豆科豇豆屬，其高蛋白、低脂肪、氨基酸種類(lèi)齊全，為藥食兩用作物。100 g小豆籽粒中平均含有22.4 g蛋白質(zhì)、1.2 g脂肪、58.6 g糖類(lèi)和4.9 g粗纖維[1-2]；同時(shí)，小豆還含有豐富的維生素和礦質(zhì)元素，富含黃酮、多酚、單寧等多種生理活性物質(zhì)[3]。小豆原產(chǎn)我國(guó)，在我國(guó)已有2 000余年的種植歷史。目前，我國(guó)小豆種植面積較大且總產(chǎn)量最多，屬于我國(guó)重要的食用豆作物[4-6]。因此，開(kāi)展小豆性狀評(píng)價(jià)研究，對(duì)于小豆品種選育與引種具有指導(dǎo)意義，對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)小豆生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)，主成分分析運(yùn)用于作物種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)較多，在花生、小麥、大豆、紅麻、棉花、蕓豆、小豆、黃麻等作物上均有應(yīng)用[7-14]。劉振興等[14]將主成分與聚類(lèi)分析應(yīng)用于小豆品種的綜合評(píng)價(jià)，簡(jiǎn)化了小豆優(yōu)劣的綜合評(píng)價(jià)體系。主成分分析是從構(gòu)成性狀的多因素關(guān)系揭示供試材料的特點(diǎn)，了解其主成分構(gòu)成及特征和生物學(xué)意義，可為材料的客觀評(píng)價(jià)和品種的引進(jìn)或選育提供理論參考?！狙芯康那腥朦c(diǎn)】由于貴州省原有小豆品種產(chǎn)量較低，且品質(zhì)一般，限制了小豆在貴州的種植。因此，擬通過(guò)對(duì)小豆種質(zhì)材料進(jìn)行性狀分析，篩選適合貴州山地特色的農(nóng)藝性狀較好的小豆種質(zhì)資源?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在已有研究基礎(chǔ)上，選用自育或引進(jìn)的24個(gè)小豆種質(zhì)為材料，對(duì)小豆的9個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析，得到農(nóng)藝性狀的主成分組成，同時(shí)利用主成分得分和貢獻(xiàn)率計(jì)算綜合主成分得分，從綜合得分評(píng)價(jià)小豆種質(zhì)的適應(yīng)性，篩選出綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好的小豆種質(zhì)資源，旨在為貴州省小豆品種的選育與引進(jìn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2020年4—8月在畢節(jié)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地地處N 27.1695 °、E 105.2787 °，海拔1 620 m，土質(zhì)黃壤，前作空閑。

1.1.2 小豆品種(系) 供試小豆種質(zhì)材料共24份，供試材料為國(guó)家食用豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系2019—2021年小豆新品種聯(lián)合鑒定試驗(yàn)品種(系)，來(lái)自國(guó)家食用豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系綜合試驗(yàn)站及功能實(shí)驗(yàn)室。供試材料的名稱(chēng)及2020年單株產(chǎn)量見(jiàn)表1。

表1 供試小豆種質(zhì)材料的名稱(chēng)、選育單位及單株產(chǎn)量

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以小豆種質(zhì)材料為處理對(duì)象，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。小區(qū)長(zhǎng)5 m，寬2.5 m，小區(qū)面積12.5 m2，重復(fù)間走道0.8 m。每小區(qū)種植5行，穴播，行距0.5 m，穴距0.33 m，每穴留苗2株。試驗(yàn)周?chē)N植保護(hù)行2行，小區(qū)全收記產(chǎn)。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 生育期：記載播種第2天到70%豆莢成熟時(shí)的天數(shù)。株高：收獲時(shí)測(cè)量從地面到主莖頂端的長(zhǎng)度；主莖節(jié)數(shù)：從子葉節(jié)到最頂端展開(kāi)葉片所在節(jié)的節(jié)數(shù)；主莖分枝：主莖上生長(zhǎng)的結(jié)莢分枝數(shù)；單株莢數(shù)：10株樣本結(jié)莢的平均數(shù)。莢長(zhǎng)：隨機(jī)取10個(gè)成熟豆莢，測(cè)定平均長(zhǎng)度。單莢粒數(shù)：隨機(jī)取10個(gè)成熟豆莢，計(jì)算平均粒數(shù)。百粒重：取100粒稱(chēng)重，2次重復(fù)，取其平均數(shù)。單株產(chǎn)量：10株樣本籽粒的平均重量。調(diào)查記載與考種事項(xiàng)參照《小豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 21.0和DPS等進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小豆主要性狀的描述性統(tǒng)計(jì)分析

從表2看出，不同品種在9個(gè)農(nóng)藝性狀上均表現(xiàn)較大差異。變異系數(shù)由大到小依次為株高(23.38%)、單株產(chǎn)量(21.41%)、百粒重(18.01%)、主莖節(jié)數(shù)(17.24%)、主莖分枝(17.01%)、單株莢數(shù)(15.96%)、單莢粒數(shù)(11.15%)、莢長(zhǎng)(10.39%)、生育期(1.56%)。說(shuō)明小豆株高受基因型和環(huán)境影響最大，生育期受基因型和環(huán)境影響最小。

表2 24個(gè)小豆品種9個(gè)性狀的測(cè)量值

2.2 小豆主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性

從表3可知，小豆單株產(chǎn)量與株高、主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝、單株莢數(shù)、莢長(zhǎng)、百粒重呈極顯著正相關(guān)。百粒重與單莢粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；單株莢數(shù)與株高呈極顯著正相關(guān)，與主莖分枝和主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)。其余性狀間也存在一定的相關(guān)性，各農(nóng)藝性狀提供的信息發(fā)生重疊，且各指標(biāo)在農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)中的作用不盡相同，直接利用這些指標(biāo)不能對(duì)小豆農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。因此，將多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的性狀通過(guò)降維轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個(gè)互相獨(dú)立的因子進(jìn)行分析，使綜合評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。

表3 小豆各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.3 小豆農(nóng)藝性狀的主成分分析

從表 4看出，小豆農(nóng)藝性狀的前4個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.43%，能較好反映大部分遺傳差異信息，可用此4個(gè)主成分代替上述9個(gè)農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)及篩選小豆品種。第一主成分的特征值為4.30，貢獻(xiàn)率為47.76%。決定第一主成分的主要是株高、主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝、單株產(chǎn)量等性狀，均與小豆生長(zhǎng)有關(guān)，可將第一主成分稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。其特征向量間關(guān)系表明，小豆植株越高，則主莖分枝越多；主莖分枝和主莖節(jié)數(shù)越多，則小豆單株產(chǎn)量越高。

表4 小豆農(nóng)藝性狀主成分的特征向量和貢獻(xiàn)率

第二主成分的特征值為1.81，貢獻(xiàn)率為20.11%，決定第二主成分的主要是單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重等與小豆產(chǎn)量有關(guān)的性狀。因此，將第二主成分稱(chēng)為產(chǎn)量因子。其凝聚的向量關(guān)系表明，小豆生育期短，主莖節(jié)數(shù)少，分枝多，則其單株結(jié)莢越多；單莢粒數(shù)越多，則小豆百粒重越小。

第三主成分的特征值為1.03，貢獻(xiàn)率為11.48%，對(duì)該成分影響較大的是生育期、主莖節(jié)數(shù)及莢長(zhǎng)，生育期越長(zhǎng)，主莖節(jié)數(shù)越多，則小豆莢越長(zhǎng)。所以稱(chēng)第三主成分為莢長(zhǎng)因子。

第四主成分的特征值為0.91，貢獻(xiàn)率為10.08%，對(duì)該成分影響較大的是生育期、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)。因此將第四主成分稱(chēng)為生育期因子。向量關(guān)系表明：小豆生育期越長(zhǎng)，主莖分枝多，限制植株高度，從而影響小豆單株莢數(shù)的增加；因小豆植株能承載重量有限，當(dāng)小豆單株莢數(shù)越多時(shí)，單莢粒數(shù)則相對(duì)減少。

2.4 小豆品種(系)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)生長(zhǎng)因子(ZY1)、產(chǎn)量因子(ZY2)、莢長(zhǎng)因子(ZY3)和生育期因子(ZY4)4個(gè)主成分得分及其貢獻(xiàn)率構(gòu)建小豆農(nóng)藝性狀的綜合主成分評(píng)價(jià)模型(Y)：Y=0.447 6ZY1+0.201 1ZY2+0.114 8ZY3+0.100 8ZY4，并利用該數(shù)學(xué)模型計(jì)算24個(gè)小豆種質(zhì)材料的綜合主成分得分。性狀主成分得分可直觀權(quán)衡每個(gè)主成分在每個(gè)品種中所處的位置及分量，從表5看出，在24個(gè)小豆種質(zhì)材料中，生長(zhǎng)因子得分排名前5的是編號(hào)為N14、N7、N13、N18、N5的小豆種質(zhì)，得分分別為4.18、3.43、2.83、2.44、2.11，此5個(gè)材料的植株較高，主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)較多，單株產(chǎn)量較高。產(chǎn)量因子得分排名前5的是編號(hào)為N13、N6、N18、N16、N23小豆種質(zhì)，得分分別為3.21、2.12、1.86、1.33、1.02，此5個(gè)種質(zhì)的單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)較多，但其百粒重較低；莢長(zhǎng)因子得分排名前5的是編號(hào)為N23、N5、N19、N10、N2的小豆種質(zhì)，得分分別為2.65、1.60、0.98、0.91、0.90，以上小豆種質(zhì)的生育期較短，主莖節(jié)數(shù)較少，但莢較長(zhǎng)；生育期因子得分排名前5的是編號(hào)為N15、N5、N2、N18、N7的小豆種質(zhì)，得分分別為2.29、1.23、1.11、0.98、0.87，此種質(zhì)的生育期較長(zhǎng)，主莖分枝多，植株較矮，其單株莢數(shù)較少，但單莢粒數(shù)多。

從農(nóng)藝性狀綜合主成分得分看，其分值越高，小豆的綜合農(nóng)藝性狀越好。編號(hào)為N14、N13、N7、N18、N5的小豆品種綜合主成分得分排名居前5位，生育期較長(zhǎng)，植株較高，主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝較多，莢較長(zhǎng)，單株莢數(shù)較多、單莢粒數(shù)和百粒重適中，或單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)適中、百粒重較高，則小豆品種的單株產(chǎn)量較高。編號(hào)為N15、N22、N4、N11、N9的小豆種質(zhì)綜合主成分得分列后5位，表明此5個(gè)種質(zhì)的綜合農(nóng)藝性狀較差。

綜上表明，不能只考慮某一性狀或隨機(jī)的幾個(gè)性狀，而應(yīng)該進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)。在畢節(jié)海拔1 600 m左右的區(qū)域內(nèi)，蘇小豆1706、THM2011-28、保紅201219-1、渝紅豆4號(hào)、0921反-1-4-2-3-1等5個(gè)小豆種質(zhì)資源的綜合主成分得分均大于1.0，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好，可引進(jìn)這些種質(zhì)材料示范推廣應(yīng)用。

3 討論

3.1 小豆種質(zhì)間農(nóng)藝性狀的差異

對(duì)24份小豆種質(zhì)資源的生育期、株高、主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝、單株莢數(shù)、莢長(zhǎng)、單莢粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量等9項(xiàng)農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析。結(jié)果表明，9項(xiàng)農(nóng)藝性狀間均存在差異，株高的變異系數(shù)較大，為23.38%；單株產(chǎn)量次之，為 21.41%；生育期變異系數(shù)最小。表明在小豆新品種選育過(guò)程中株高、單株產(chǎn)量的選育空間較大；生育期的變異系數(shù)小，可選擇空間較窄。

3.2 小豆農(nóng)藝性狀的主成分分析及綜合評(píng)價(jià)

主成分分析在小麥、玉米、花生等多種作物性狀評(píng)價(jià)與種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用，劉振興等[14]將主成分與聚類(lèi)分析應(yīng)用于小豆品種的綜合評(píng)價(jià)，簡(jiǎn)化了小豆優(yōu)劣的綜合評(píng)價(jià)體系。研究分析了24個(gè)小豆種質(zhì)材料的9個(gè)農(nóng)藝性狀，利用主成分分析將9個(gè)農(nóng)藝性狀綜合成生長(zhǎng)因子、產(chǎn)量因子、莢長(zhǎng)因子、生育期因子4個(gè)獨(dú)立因子，此4個(gè)因子反映原變量89.43%的信息量，彼此間互不干擾，達(dá)到簡(jiǎn)化與綜合的目的。根據(jù)生長(zhǎng)因子(ZY1)、產(chǎn)量因子(ZY2)、莢長(zhǎng)因子(ZY3)和生育期因子(ZY4)的主成分得分及其貢獻(xiàn)率，構(gòu)建小豆農(nóng)藝性狀的綜合主成分評(píng)價(jià)模型(Y)：Y=0.447 6ZY1+0.201 1ZY2+0.114 8ZY3+0.100 8ZY4，并利用該數(shù)學(xué)模型計(jì)算24份小豆種質(zhì)資源的綜合主成分得分。N14、N13、N7、N18和N5小豆種質(zhì)的綜合主成分得分排名居前5位，綜合表現(xiàn)良好，但與各主成分得分的排序存在差異。因此在進(jìn)行品種選擇時(shí)，不能只考慮某一個(gè)或某幾個(gè)性狀，需進(jìn)行全面系統(tǒng)科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

通過(guò)描述性分析、相關(guān)性分析及主成分分析，對(duì)24個(gè)小豆種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，9個(gè)農(nóng)藝性狀通過(guò)降維綜合成4個(gè)主成分，代表全部農(nóng)藝性狀89.43%的信息。蘇小豆1706、THM2011-28、保紅201219-1、渝紅豆4號(hào)、0921反-1-4-2-3-1的綜合農(nóng)藝性狀較好，下一步可將此5個(gè)種質(zhì)在烏蒙山區(qū)不同海拔高度地區(qū)進(jìn)行小面積適應(yīng)性試驗(yàn)，為進(jìn)一步大面積推廣應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)；同時(shí)可將此5個(gè)種質(zhì)作為小豆育種的基礎(chǔ)材料，以拓寬烏蒙山區(qū)小豆育種的種質(zhì)選擇。